超臨界流體萃取3課件

1、超臨界流體萃取技術(shù)超臨界流體的定義繼固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)發(fā)現(xiàn)以后，人們又發(fā)現(xiàn)了可稱為物質(zhì)第四狀態(tài)的超臨界態(tài)。所謂超臨界態(tài)，是指物質(zhì)的一種特殊流體狀態(tài)。當(dāng)把處于氣液平衡的物質(zhì)繼續(xù)升溫、升壓時(shí)，熱膨脹引起液體密度的減小，而壓力的升高又使氣相密度變大，當(dāng)溫度和壓力達(dá)到某一點(diǎn)時(shí)，氣液兩相的相界面消失，成為一個(gè)均相體系，這一點(diǎn)就是該物質(zhì)的臨界點(diǎn)。當(dāng)流體的溫度和壓力都處在臨界溫度和臨界壓力以上時(shí)，則稱該流體處于超臨界狀態(tài)，該流體為超臨界流體。ATBCAT表示氣-固平衡的升華曲線線BT表示液固平衡的熔融曲線線CT表示氣-液平衡的飽和液體的蒸氣壓超臨界流體具有類似液體的密度、溶解能力和良好的流動(dòng)性，同時(shí)又具有類似

2、氣體擴(kuò)散系數(shù)和低粘度。因?yàn)槠錈o(wú)論在多大壓力壓縮下都不能發(fā)生固化，故可簡(jiǎn)單地認(rèn)為超臨界流體是一種介乎于液體和氣體之間的中間狀態(tài)，又可稱為重的氣體或松散的液體，它具有許多獨(dú)特的理化性質(zhì)。超臨界流體性質(zhì)氣體超臨界流體液體1bar，1530Tc，PcTc，4Pc1530密度/(g/mL)(0.62)10-30.20.50.40.90.61.6黏度/g/(cms)(13)10-4(13)10-4(39)10-4(0.23)10-2擴(kuò)散系數(shù)/(cm2/s)0.10.40.710-30.210-3(0.23)10-5氣體、液體和超臨界流體的性質(zhì)物質(zhì)沸點(diǎn)/臨界點(diǎn)數(shù)據(jù)臨界溫Tc/臨界壓Pc/Mpa臨界密度/(g

3、/cm3)二氧化碳78.531.067.390.448水100374.222.000.344乙烷88.032.44.890.203乙烯103.79.55.070.20丙烷44.5974.260.220丙烯47.7924.670.23n丁烷0.5152.03.800.228n戊烷36.5196.63.370.232n己烷69.0234.22.970.234甲醇64.7240.57.990.272乙醇78.2243.46.380.276異丙醇82.5235.34.760.27苯80.1288.94.890.302甲苯110.63184.110.29氨33.4132.311.280.24甲烷164.

4、083.04.60.16常用超臨界流體的臨界性質(zhì)表超臨界流體的性質(zhì)多數(shù)烴類的臨界壓力在4MPa左右，同系物的臨界溫度隨摩爾質(zhì)量增加而升高。CO2是超臨界流體技術(shù)中最常用的溶劑，它的臨界溫度為31.1oC，可在室溫附近實(shí)現(xiàn)超臨界流體技術(shù)操作，以節(jié)省能耗；臨界壓力不算高，設(shè)備加工并不困難。 用作萃取劑的超臨界流體應(yīng)具備以下條件:化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)設(shè)備沒(méi)有腐蝕性，不與萃取物反應(yīng)；臨界溫度應(yīng)接近常溫或操作溫度，不宜太高或太低；操作溫度應(yīng)低于被萃取溶質(zhì)的分解變質(zhì)溫度；臨界壓力低，以節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用；對(duì)被萃取物的選擇性高（容易得到純產(chǎn)品）；純度高，溶解性能好，以減少溶劑循還用量；貨源充足，價(jià)格便宜，如果用于食品

5、和醫(yī)藥工業(yè)，還應(yīng)考慮選擇無(wú)毒的氣體。 超臨界流體的選擇原則萃取過(guò)程簡(jiǎn)述超臨界流體的密度和介電常數(shù)隨著密閉體系壓力的增加而增加，極性增大，利用程序升壓可將不同極性的成分進(jìn)行分部提取。提取完成后，改變體系溫度或壓力，使超臨界流體變成普通氣體逸散出去，物料中已提取的成分就可以完全或基本上完全析出，達(dá)到提取和分離的目的。溶劑萃取超臨界萃取溶劑殘留不可避免完全無(wú)溶劑殘留，純凈存在重金屬無(wú)重金屬溶劑的溶解能力為定值溶解能力隨溫度和壓力變化可能使用高溫，熱敏物質(zhì)分解通常在較低溫度下，不分解存在無(wú)機(jī)鹽被萃取的問(wèn)題無(wú)無(wú)機(jī)鹽殘留溶劑選擇性差選擇性好需額外的操作單元來(lái)脫除溶劑在線分離，有效物質(zhì)收率高溶劑萃取和超臨界

6、萃取的對(duì)比超臨界流體萃取的基本流程分離釜 萃取釜CO2熱交換器 壓縮機(jī)或泵 過(guò)濾器 圖2 超臨界CO2萃取的基本流程 熱交換器超臨界流體的選擇超臨界流體的選擇 CO2是使用最多的超臨界流體，用于萃取低極性和非極性的化合物。 溶劑強(qiáng)度考慮，超臨界氨水是最佳選擇，但氨很易與其他物質(zhì)反應(yīng)，對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，而且日常使用太危險(xiǎn)。 超臨界甲醇也是很好的溶劑，但由于它的臨界溫度很高，在室溫條件下是液體，提取后還需要復(fù)雜的濃縮步驟，因而無(wú)法采用。 低烴類物質(zhì)因可燃可爆，也不如CO2那樣使用廣泛。 影響超臨界流體萃取效率的基本因素原料的顆粒度和水分 一般認(rèn)為，粉碎度越高，原料顆粒越細(xì)，則萃取率越高。因?yàn)殡S著粉碎

7、度的提高，不僅增大了物料與超臨界流體的接觸面積，而且也破壞了物料的外殼，使萃取物易于流出。但物料的粉碎也不能過(guò)細(xì)，以免提取時(shí)被溶劑帶出萃取釜，或者堵塞管道影響萃取效率。一般認(rèn)為20-60目的顆粒范圍比較合適。影響超臨界流體萃取效率的基本因素夾帶劑 在溶質(zhì)和超臨界CO2流體的二元體系中加入少量的輔助溶劑（夾帶劑、助溶劑），對(duì)溶質(zhì)的溶解度、溶質(zhì)選擇性等有奇特的效果。決定物質(zhì)溶解度的主要因素是溶質(zhì)與溶劑分子間的作用力。故應(yīng)根據(jù)萃取物的特性選擇適當(dāng)?shù)妮o助溶劑，以提高萃取效率。超臨界流體萃取的特點(diǎn)超臨界流體具有極高的選擇性，同類物質(zhì)按沸點(diǎn)由低到高的順序進(jìn)入超臨界流體相。超臨界流體可在常溫或溫度不高的情況

8、下溶解相當(dāng)難揮發(fā)的物質(zhì)，形成一個(gè)負(fù)載的超臨界相，固特別適用于提取和精制熱敏性和易氧化的物質(zhì)。對(duì)于指定的物質(zhì)，超臨界流體的溶解能力隨其密度增加而提高，當(dāng)密度恒定時(shí)，則隨溫度升高而增大。超臨界流體技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)超臨界流體具有較高的擴(kuò)散性，從而減小了傳質(zhì)阻力，這對(duì)多孔疏松的固態(tài)物質(zhì)和細(xì)胞材料中的化合物的萃取特別有利超臨界流體對(duì)改變操作條件(如壓力、溫度)特別敏感，這就提供了操作上的靈活性和可調(diào)性超臨界流體可在低溫下進(jìn)行，對(duì)分離熱敏性物料尤為有利超臨界流體具有低的化學(xué)活潑性和毒性。超臨界流體萃取的特點(diǎn)萃取物可通過(guò)降低超臨界流體密度予以分離。為了降低超臨界流體的密度，可采用固定溫度降低壓力或固定壓力提高溫度

9、來(lái)實(shí)現(xiàn)。該技術(shù)同時(shí)利用了蒸餾和萃取，可分餾難分離的有機(jī)物，對(duì)同系物的分餾精制更具特色。超臨界流體與溶質(zhì)分離后，只要重新壓縮就可循環(huán)使用，不必像溶液萃取那樣需要蒸餾超臨界流體萃取的特點(diǎn)超臨界流體兼有氣體和液體的長(zhǎng)處，其萃取效率高于液液萃取。更重要的是它不會(huì)引起被萃取物質(zhì)的污染。超臨界流體萃取屬于高壓技術(shù)范圍，需要相應(yīng)的設(shè)備。特別是在目前該設(shè)備的價(jià)格過(guò)高的情況下，折舊費(fèi)在總成本占有很大比重。超臨界CO2 CO2臨界溫度和壓力都較低，易于工業(yè)化。 CO2不可燃、無(wú)毒、化學(xué)穩(wěn)定性好、易分離，不 會(huì)產(chǎn)生副反應(yīng)并且廉價(jià)易得。 CO2來(lái)源于化工副產(chǎn)物，應(yīng)用過(guò)程中易于回收， 能夠減少溫室氣體的排放。 超臨界C

10、O2的溶解能力可通過(guò)流體的壓力來(lái)調(diào)節(jié)。 超臨界CO2處理后的產(chǎn)物易純化、無(wú)溶劑殘留。 超臨界CO2對(duì)高聚物有很強(qiáng)的溶脹和擴(kuò)散能力。 超臨界CO2對(duì)含氟和硅聚合物具有優(yōu)良的溶解性。超臨界CO2萃取技術(shù)特點(diǎn)CO2超臨界萃取具有廣泛的適應(yīng)性，特別對(duì)于天然物料的萃取，其產(chǎn)品稱得上是100%純天然產(chǎn)品。溶劑沒(méi)有污染，可以回收使用，簡(jiǎn)單方便，節(jié)省能源。須在高壓下操作，設(shè)備與工藝要求高，一次性投資比較大。超臨界CO2萃取技術(shù)特點(diǎn)壓力和溫度都可以成為調(diào)節(jié)萃取過(guò)程的參數(shù)。臨界點(diǎn)附近，溫度或壓力的微小變化，都會(huì)引起CO2密度顯著變化，從而引起待測(cè)物的溶解度發(fā)生變化，可通過(guò)控制溫度或壓力的方法達(dá)到萃取目的。壓力固定，改變溫度可將物質(zhì)分離；反之溫度固定，可降低壓力使萃取物分離。工藝流程短、耗時(shí)少，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，可循環(huán)。生產(chǎn)過(guò)程為：先用機(jī)械法清洗咖啡豆，去除灰塵和雜質(zhì);接著加蒸汽和水預(yù)泡，提高其水分含量達(dá)30%50%;然后將預(yù)泡過(guò)的咖啡豆裝入萃取罐，不斷往罐中送入CO2(操作濕度7090，壓力16-20MPa，密度0.40.65g/cm2)，咖啡因就逐漸被萃取出來(lái)。帶有咖啡因的CO2被送往清洗罐，使咖啡因轉(zhuǎn)入水相。然后水相中咖啡因用蒸餾法加以回收，CO2則循環(huán)使用。 超臨界流體萃取應(yīng)用 咖啡因提取超臨界流體萃取技術(shù)在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用在醫(yī)藥工業(yè)中，由于超臨界流體萃取技術(shù)